CN106927488B - 一种碳酸钴的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳酸钴的制备方法：将硫酸钴和铵源进行复分解反应，得到碳酸钴。本发明以硫酸钴作为钴源，以碳酸氢铵或碳酸铵作为铵源，无需添加任何的溶剂和水，环保且节约。由实施例的结果可知，本申请提供的制备方法能够成功的得到碳酸钴，且其纯度均＞99％。

Description

一种碳酸钴的制备方法
技术领域
本发明涉及无机化合物技术领域，尤其涉及一种碳酸钴的制备方法。
背景技术
碳酸钴是一种红色单斜晶系结晶或粉末，有毒，刺激眼睛、呼吸系统和皮肤，被广泛应用于生产钴盐、选矿剂、催化剂、伪装涂料的颜料、饲料、微肥、陶瓷及生产氧化钴的原料，尤其在电池行业被用作电池级Co3O4前驱体。
随着人们对能源利用的关注和对环保意识的提高，二次电池得到迅速发展，尤其是以锂离子电池为代表的电池。其中，钴酸锂锂离子电池技术最为成熟，而碳酸钴的性能能够起到决定钴酸锂正极材料性能的作用。
目前，生产碳酸钴的方法普遍以硫酸钴或氯化钴溶液作为原料，采用碳酸氢氨作沉淀剂，在水溶液中进行反应。然而，大量水的使用不仅会造成水资源的短缺，生产结束后含氨废水无法直接外排，只能蒸发结晶，造成较高的能量消耗；而且碳酸钴产品纯度控制困难，杂质极容易混入其中，且易生成碱式碳酸钴。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在不添加水的情况下制备碳酸钴的方法，本发明提供的方法能耗低、污染低、成本低，且操作方便。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种碳酸钴的制备方法，包含如下步骤：
将硫酸钴和铵源进行复分解反应，得到碳酸钴；
所述铵源为碳酸氢铵或碳酸铵。
优选的，所述硫酸钴和碳酸氢铵的摩尔比为1:(1.8～3)。
优选的，所述硫酸钴和碳酸铵的摩尔比为1:(0.8～1.5)。
优选的，所述复分解反应的温度为40～150℃。
优选的，所述复分解反应的压力为1～1.5MPa。
优选的，所述复分解反应的时间为1～5h。
本发明提供了一种碳酸钴的制备方法：将硫酸钴和铵源进行复分解反应，得到碳酸钴。本发明以硫酸钴作为钴源，以碳酸氢铵或碳酸铵作为铵源，无需添加任何的溶剂和水，环保且节约。由实施例的结果可知，本申请提供的制备方法能够成功的得到碳酸钴，且其纯度均＞99％。
附图说明
图1为实施例所用硫酸钴原料的X射线衍射谱图；
图2为实施例1得到的碳酸钴的X射线衍射谱图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳酸钴的制备方法，包含如下步骤：
将硫酸钴和铵源进行复分解反应，得到碳酸钴；
所述铵源为碳酸氢铵或碳酸铵。
本发明将硫酸钴和铵源进行复分解反应，得到碳酸钴。本发明对所述硫酸钴的来源没有任何的特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售的硫酸钴即可，具体的可以为市售的CoSO4、CoSO4·1H2O或CoSO4·7H2O。
在本发明中，所述铵源为碳酸氢铵或碳酸铵。在本发明中，当所述铵源为碳酸氢铵时，所述硫酸钴和碳酸氢铵的摩尔比优选为1:(1.8～3)，更优选为1:(1.9～2.5)，最优选为1:2；当所述铵源为碳酸铵时，所述硫酸钴和碳酸铵的摩尔比优选为1:(0.8～1.5)，更优选为1:(0.9～1.3)，最优选为1:(1～1.1)。
在本发明中，当所述铵源为碳酸氢铵时，所述复分解反应的方程式具体的为：
CoSO4·7H2O+2NH4HCO3＝CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+8H2O；
CoSO4·1H2O+2NH4HCO3＝CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+2H2O；
CoSO4+2NH4HCO3＝CoCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。
在本发明中，当所述铵源为碳酸铵时，所述复分解反应的方程式具体的为：
CoSO4·7H2O+(NH4)2CO3＝CoCO3↓+(NH4)2SO4+7H2O；
CoSO4·1H2O+(NH4)2CO3＝CoCO3↓+(NH4)2SO4+1H2O；
CoSO4+(NH4)2CO3＝CoCO3↓+(NH4)2SO4。
在本发明中，所述复分解反应优选在密闭容器中进行；所述复分解反应的压力优选为1～1.5MPa，更优选为1.1～1.4MPa，最优选为1.2～1.3MPa；所述复分解反应的温度优选为40～150℃，更优选为50～100℃，最优选为70～80℃；所述复分解反应的时间优选为1～5h，更优选为2～4h，最优选为3h。
本发明优选对所述复分解反应得到的产物体系进行过滤。本发明对所述过滤的具体实施方式没有任何的特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的过滤方式进行即可。在本发明中，所述过滤得到的滤渣主要为碳酸钴沉淀，滤液主要为硫酸铵母液。
本发明优选对所述过滤得到的滤渣进行干燥处理，得到纯净的碳酸钴。在本发明中，所述干燥处理的温度优选为50～90℃，更优选为60～80℃，最优选为70℃；所述干燥处理的时间优选为4～8h，更优选为6h。
本发明优选对所述复分解反应过程生成的CO2气体和(NH4)2SO4母液进行回收处理。在本发明具体实施例中，本发明优选使用碱性吸收液对CO2气体进行吸收；所述碱性吸收液优选为氨水或碳酸铵溶液，CO2气体与碱性吸收液反应后得到中和反应溶液，进一步处理后用于复分解反应的原料。本发明对所述碱性吸收液的浓度以及用量没有任何的特殊要求，具体的能够使得生成的CO2气体被全部吸收即可。
在本发明中，所述进一步处理优选为向CO2气体与碱性吸收液反应后得到的中和反应溶液中添加反应剂，然后再进行蒸发结晶，得到碳酸氢铵固体。在本发明中，所述反应剂优选为碳酸氢铵、碳酸铵和氨水中的一种、两种或三种；所述反应剂的添加量没有任何的特殊要求，能够使得中和反应溶液中只包含碳酸氢铵一种溶质即可。本发明对所述蒸发结晶的方式和参数没有任何的特殊要求，能够将进一步处理后的中和反应溶液的溶剂蒸发干净，得到碳酸氢铵固体即可。
在本发明具体实施例中，本发明优选对产生的(NH4)2SO4母液进行蒸发结晶处理，得到硫酸铵副产品。
下面结合实施例对本发明提供的碳酸钴的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
在本发明所有实施例中，所述硫酸钴前驱体均为市售的CoSO4·7H2O，纯度>99％，其X射线衍射结果如图1所示。
实施例1
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:2，混合均匀，温度80℃，压力为1.3MPa，反应时间2h，得到碳酸钴产品。对本实施例得到的碳酸钴进行X射线检测，其结果如图2所示。其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例2
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:2.1，混合均匀，温度60℃，压力为1.2MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例3
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:2.2，混合均匀，温度90℃，压力为1.5MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例4
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:2.3，混合均匀，温度100℃，压力为1.4MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例5
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:2.4，混合均匀，温度120℃，压力为1.1MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例6
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:1.9，混合均匀，温度80℃，压力为1.2MPa，反应时间1.5h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例7
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:2，混合均匀，温度80℃，压力为1.5MPa，反应时间1h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例8
硫酸钴前驱体和碳酸氢铵的摩尔比为1:2，混合均匀，温度80℃，压力为1.4MPa，反应时间0.5h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例9
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1，混合均匀，温度80℃，压力为1.2MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例10
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:0.9，混合均匀，温度40℃，压力为1.4MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例11
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1，混合均匀，温度60℃，压力为1.1MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例12
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1.1，混合均匀，温度90℃，压力为1.2MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例13
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1.5，混合均匀，温度100℃，压力为1.3MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例14
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1.4，混合均匀，温度120℃，压力为1.4MPa，反应时间2h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例15
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1.3，混合均匀，温度80℃，压力为1.1MPa，反应时间1.5h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例16
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1.2，混合均匀，温度80℃，压力为1.2MPa，反应时间1h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
实施例17
硫酸钴前驱体和碳酸铵摩尔比为1:1.1，混合均匀，温度80℃，压力为1.3MPa，反应时间0.5h，得到产品，其X射线衍射分析结果表明，产物中存在的物相单一，碳酸钴产品纯度>99％。
由以上实施例可知，本发明提供了一种碳酸钴的制备方法：将硫酸钴和铵源进行复分解反应，得到碳酸钴。本发明以硫酸钴作为钴源，以碳酸氢铵或碳酸铵作为铵源，无需添加任何的溶剂和水，环保且节约。由实施例的结果可知，本申请提供的制备方法能够成功的得到碳酸钴，且其纯度均＞99％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种碳酸钴的制备方法，由如下步骤组成：
将硫酸钴和铵源进行复分解反应，将复分解反应的产物过滤，得到碳酸钴；
所述铵源为碳酸氢铵或碳酸铵；所述硫酸钴为CoSO4·7H2O；
所述复分解反应在密闭容器中进行，所述复分解反应的温度为40～150℃；所述复分解反应的压力为1～1.5MPa。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸钴和碳酸氢铵的摩尔比为1:(1.8～3)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸钴和碳酸铵的摩尔比为1:(0.8～1.5)。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述复分解反应的时间为1～5h。
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